CN113851651A - 一种高硬度锂离子电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种高硬度锂离子电池及其制备方法。所述一种高硬度锂离子电池，包括正极片、负极片、设置在正极片和负极片之间的隔膜以及电解液；所述正极片、隔膜和负极片一起卷绕形成卷芯，所述正极片具有正极未涂覆区，所述负极片具有负极未涂覆区，所述正极未涂覆区焊接有正极耳，所述负极未涂覆区焊接有负极耳，所述负极未涂覆区焊接有负极耳的一侧与隔膜之间设置有热熔胶带。本发明通过在负极未涂覆区和隔膜之间设置热熔胶，以提高电池硬度以及电池整体厚度一致性。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种高硬度锂离子电池及其制备方法。
背景技术
随着现代电子信息技术的不断发展，锂离子电池以其能量密度高、循环寿命长等优点，成为现代电子信息产品不可缺少的化学电源。且随着电动汽车、各种便携式电子设备和无线移动通讯设备的快速发展和广泛应用，人们对于循环寿命长、能量密度高、工作电压高、无记忆效应且环保的锂离子电池需求日趋增大。
锂离子电池在使用前，需经过化成步骤。锂离子电池的化成主要有两方面的作用，一方面，激活电池正、负极的活性物质，从而使得电池达到最佳的充放电状态；另一方面，在锂离子电池的化成过程中，有机电解液在电极表面，主要是负极表面发生还原和分解，形成致密的电子绝缘、锂离子能够导电的固体电解质界面膜SEI膜(Solid ElectrolyteInterface)。由于锂离子的嵌入过程必然经由覆盖在碳负极上的SEI膜，SEI膜的均匀性及稳定性等特性对整个锂离子电池的电化学性能，例如电池容量、电池的法拉第效率、循环寿命、自放电性能、低温性能、稳定性及安全性等均有很大的影响，是决定锂离子电池性能好坏的重要原因之一。
为了获得均匀性及稳定性较好的SEI膜，传统的化成工艺是采用高温大电流的化成工艺，高温大电流化成的主要流程为：在高温条件下，施加一定的压力，对锂离子电池进行大电流化成，随后对完成化成的电池进行降温冷却，耗时较短。然而，上述化成工艺生产的锂离子电池的卷芯，因生产过程不能及时抽气封装等问题，导致卸去压力后静置一段时间容易发软，出现电池硬度不足的问题，致使电池在后期反复充放电的使用过程中容易变形。
发明内容
本发明针对现有技术中锂离子电池硬度不足的问题，在负极未涂覆区和隔膜之间设置热熔胶，以提高卷芯硬度以及卷芯整体厚度一致性。
本发明的一个目的通过以下技术方案来实现：
一种高硬度锂离子电池，所述高硬度锂离子电池包括正极片、负极片、设置在正极片和负极片之间的隔膜以及电解液；所述正极片、隔膜和负极片一起卷绕形成卷芯，所述正极片具有正极未涂覆区，所述负极片具有负极未涂覆区，所述正极未涂覆区焊接有正极耳，所述负极未涂覆区焊接有负极耳，所述负极未涂覆区设置有热熔胶带。
作为优选，热熔胶带设置在负极未涂覆区焊接有负极耳的一侧。
作为优选，热熔胶带位于负极未涂覆区与隔膜之间。
作为优选，热熔胶带位于正极耳和负极耳之间。
作为优选，热熔胶带的长度＜负极片宽度，热熔胶带的宽度＜正极耳和负极耳之间的间距，热熔胶带的厚度为0.03～0.06mm。
作为优选，热熔胶带胶体软化点＜70℃。
本发明的另一个目的通过以下技术方案来实现：一种高硬度锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
1)正极片制备：将正极涂覆料涂覆在正极集流体上，制备有正极涂覆区和正极未涂覆区的正极片；
2)负极片制备：将负极涂覆料涂覆在负极集流体上，制备有负极涂覆区和负极未涂覆区的正极片；
3)将正极耳焊接在正极未涂覆区，将负极耳焊接在负极未涂覆区，将热熔胶带设置在负极未涂覆区，在正极片和负极片之间放置隔膜，然后卷绕成卷芯；
4)卷芯装入包装壳中，封装、烘烤、注入电解液，得半成品电池；
5)将半成品电池进行化成，即得高硬度锂离子电池。
作为优选，步骤3)中，热熔胶带设置在负极未涂覆区焊接有负极耳的一侧。
作为优选，卷绕之后，热熔胶带位于负极未涂覆区与隔膜之间，以及正极耳和负极耳之间。
作为优选，化成温度为70～90℃，化成压力为0.8-1.6MPa，化成步骤包括：以0.1～0.3C恒流充电2～4min，再以0.1～0.3C恒流充电9～12min，以0.8～1C恒流充电40～45min。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明在负极未涂覆区焊接有负极耳的一侧与隔膜之间设置热熔胶带，热熔胶带在高温化成中熔解，将负极集流体与隔膜粘结起来，形成区域整体性，以提高电池硬度以及电池整体厚度一致性；
2、本发明的热熔胶带位于正极耳和负极耳之间，即热熔胶带的宽度＜正极耳和负极耳之间的间距，避免热熔胶带贴在正负极耳上，导致电池失效；
3、本发明的热熔胶带的长度＜负极片宽度，保证热熔胶带位于负极片上，未超出负极片边缘，以免造成封装不良；
4、本发明实现锂离子电池硬度提高的方法非常简单易行，且效果显著。
附图说明
图1为本发明高硬度锂离子电池的卷芯的结构示意图；
图中，1、热熔胶带，2、负极耳，3、正极耳，4、正极未涂覆区，5、负极未涂覆区，6、隔膜，7、负极片，8、正极片。
具体实施方式
在下文中，针对本发明的高硬度锂离子电池及其制备方法将详细地描述实施方式，然而，这些实施方式是示例性的，本发明公开内容不限于此。且本文中所使用的附图，仅仅是为了更好地说明本发明所公开内容，对保护范围并不具有限制作用。
本发明提供的一种高硬度锂离子电池，包括正极片8、负极片7、设置在正极片8和负极片7之间的隔膜6以及电解液；所述正极片8、隔膜6和负极片7一起卷绕形成卷芯，卷芯如图1所示，所述正极片8具有正极未涂覆区4，所述负极片7具有负极未涂覆区5，所述正极未涂覆区4焊接有正极耳3，所述负极未涂覆区5焊接有负极耳2，所述负极未涂覆区5设置有热熔胶带1。
热熔胶带1设置在负极未涂覆区5焊接有负极耳2的一侧，热熔胶带1位于负极未涂覆区5与隔膜6之间，热熔胶带1位于正极耳3和负极耳2之间。
锂离子电池卷芯的头部因焊接正负极耳，正负极耳位置为成品电池最厚位置，因而两极耳间空隙位置与整体形成高低落差，化成后两极耳间空隙位置压不紧，造成该处发软，出现电池硬度不足的问题，致使电池在后期反复充放电的使用过程中容易变形。本发明在正极耳和负极耳之间的空隙位置以及负极未涂覆区(负极集流体)与隔膜之间设置热熔胶带，卷芯在高温化成过程中热熔胶带溶解，将负极集流体与隔膜粘结起来，形成区域整体性，同时填补卷芯两极耳间局部偏薄区域，使卷芯化成受力均匀，提升卷芯硬度和厚度一致性。
热熔胶带的长度方向与负极片宽度方向一致，热熔胶带的宽度方向与负极片长度方向一致。作为优选，热熔胶带1的长度＜负极片7宽度，热熔胶带1的宽度＜正极耳3和负极耳2之间的间距，热熔胶带1的厚度为0.03～0.06mm。如果热熔胶带1的长度大于负极片7宽度，则热熔胶带1超出负极片边缘，造成封装不良；如果热熔胶带1的宽度大于正极耳3和负极耳2之间的间距，则热熔胶带1会贴在正负极耳上，导致失效。进一步优选，热熔胶带1的长度(mm)＝负极片7宽度(mm)-(1-5mm)，热熔胶带1的宽度(mm)＝正极耳3和负极耳2之间的间距(mm)-(2-5mm)。
热熔胶带1在电池高温化成过程中需要热溶解，而电池高温化成温度70～90℃，因此热熔胶带胶体软化点＜70℃。
本发明另一个方面提供的一种高硬度锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
1)正极片制备：将正极涂覆料涂覆在正极集流体上，制备有正极涂覆区和正极未涂覆区的正极片；
2)负极片制备：将负极涂覆料涂覆在负极集流体上，制备有负极涂覆区和负极未涂覆区的正极片；
3)将正极耳焊接在正极未涂覆区，将负极耳焊接在负极未涂覆区，将热熔胶带设置在负极未涂覆区焊接有负极耳的一侧，在正极片和负极片之间放置隔膜，然后卷绕成卷芯；卷绕之后，热熔胶带位于负极未涂覆区与隔膜之间，以及正极耳和负极耳之间；
4)卷芯装入包装壳中，封装、烘烤、注入电解液，得半成品电池；
5)将半成品电池进行化成，化成温度为70～90℃，化成压力为0.8-1.6MPa，化成步骤包括：以0.1～0.3C恒流充电2～4min，再以0.1～0.3C恒流充电9～12min，以0.8～1C恒流充电40～45min。化成后即得高硬度锂离子电池。
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步描述说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于帮助理解本发明，不用于本发明的具体限制。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
热熔胶带a：徽氏HS-2301B03，基材：聚酯薄膜，胶系：丙烯酸胶水，厚度0.045mm，胶体软化点：50℃；
热熔胶带b：奥中EHD046-101，基材：聚酯薄膜，胶系：SIS，厚度0.046mm，胶体软化点：50℃。
实施例1
本实施例1的高硬度锂离子电池，包括正极片8、负极片7、设置在正极片8和负极片7之间的隔膜6以及电解液；正极片8、隔膜6和负极片7一起卷绕形成卷芯，所述正极片8具有正极未涂覆区4，所述负极片7具有负极未涂覆区5，所述正极未涂覆区4焊接有正极耳3，所述负极未涂覆区5焊接有负极耳2，所述负极未涂覆区5焊接有负极耳2的一侧设置有热熔胶带1，热熔胶带1位于负极未涂覆区5与隔膜6之间，热熔胶带1位于正极耳3和负极耳2之间，热熔胶带1为热熔胶带a。负极片宽度为50mm，正极耳和负极耳之间的间距为30mm，采用的热熔胶带长度为48mm，宽度为25mm，厚度为0.045mm。
本实施例的高硬度锂离子电池由以下步骤制备而得：
1)正极片制备：将正极涂覆料涂覆在正极集流体上，制备有正极涂覆区和正极未涂覆区的正极片；
2)负极片制备：将负极涂覆料涂覆在负极集流体上，制备有负极涂覆区和负极未涂覆区的正极片；
3)将正极耳焊接在正极未涂覆区，将负极耳焊接在负极未涂覆区，将热熔胶带设置在负极未涂覆区焊接有负极耳的一侧，在正极片和负极片之间放置隔膜，然后卷绕成卷芯；卷绕之后，热熔胶带位于负极未涂覆区与隔膜之间，以及正极耳和负极耳之间；
4)卷芯装入包装壳中，封装、烘烤、注入电解液，得半成品电池；
5)将半成品电池进行化成，化成温度为80℃，化成压力为1.0MPa，化成步骤包括：以0.3C恒流充电2min，再以0.3C恒流充电10.67min，以1C恒流充电41.67min。即得高硬度锂离子电池。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，热熔胶带1为热熔胶带b，且热熔胶带长度为47mm，宽度为25mm，厚度为0.046mm。其它与实施例1相同。
对比例1
对比例1的高硬度锂离子电池，包括正极片、负极片、设置在正极片和负极片之间的隔膜以及电解液；正极片、隔膜和负极片一起卷绕形成卷芯，所述正极片具有正极未涂覆区，所述负极片具有负极未涂覆区，所述正极未涂覆区焊接有正极耳，所述负极未涂覆区焊接有负极耳。
对比例1的高硬度锂离子电池由以下步骤制备而得：
1)正极片制备：将正极涂覆料涂覆在正极集流体上，制备有正极涂覆区和正极未涂覆区的正极片；
2)负极片制备：将负极涂覆料涂覆在负极集流体上，制备有负极涂覆区和负极未涂覆区的正极片；
3)将正极耳焊接在正极未涂覆区，将负极耳焊接在负极未涂覆区，在正极片和负极片之间放置隔膜，然后卷绕成卷芯；
4)卷芯装入包装壳中，封装、烘烤、注入电解液，得半成品电池；
5)将半成品电池进行化成，化成温度为80℃，化成压力为1.0MPa，化成步骤包括：以0.3C恒流充电2min，再以0.3C恒流充电10.67min，以1C恒流充电41.67min。即得高硬度锂离子电池。
将实施例1-2以及对比例1的电池放置在硬度测试平台上，加500g砝码，测量电池的厚度及变形量，结果如表1所示。
表1
| 实施例 | 电池厚度mm | 变形量mm |
| 实施例1 | 2.5214 | 0.0645 |
| 实施例2 | 2.5203 | 0.0631 |
| 对比例1 | 2.5151 | 0.1802 |
如表1所示，实施例1-2的电池变形量较小，整体硬度良好。对比例1的电池在化成后变软，导致变形量大大增加，电池硬度不足。
最后应说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明，而并非对本发明的实施方式的限定。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具有实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，这里无需也无法对所有的实施方式予以全例。而这些属于本发明的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (10)
1.一种高硬度锂离子电池，其特征在于，所述高硬度锂离子电池包括正极片、负极片、设置在正极片和负极片之间的隔膜以及电解液；所述正极片、隔膜和负极片一起卷绕形成卷芯，所述正极片具有正极未涂覆区，所述负极片具有负极未涂覆区，所述正极未涂覆区焊接有正极耳，所述负极未涂覆区焊接有负极耳，所述负极未涂覆区设置有热熔胶带。
2.根据权利要求1所述的一种高硬度锂离子电池，其特征在于，热熔胶带设置在负极未涂覆区焊接有负极耳的一侧。
3.根据权利要求2所述的一种高硬度锂离子电池，其特征在于，热熔胶带位于负极未涂覆区与隔膜之间。
4.根据权利要求1所述的一种高硬度锂离子电池，其特征在于，热熔胶带位于正极耳和负极耳之间。
5.根据权利要求1所述的一种高硬度锂离子电池，其特征在于，热熔胶带的长度＜负极片宽度，热熔胶带的宽度＜正极耳和负极耳之间的间距，热熔胶带的厚度为0.03～0.06mm。
6.根据权利要求1所述的一种高硬度锂离子电池，其特征在于，热熔胶带胶体软化点＜70℃。
7.如权利要求1所述的一种高硬度锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)正极片制备：将正极涂覆料涂覆在正极集流体上，制备有正极涂覆区和正极未涂覆区的正极片；
2)负极片制备：将负极涂覆料涂覆在负极集流体上，制备有负极涂覆区和负极未涂覆区的正极片；
3)将正极耳焊接在正极未涂覆区，将负极耳焊接在负极未涂覆区，将热熔胶带设置在负极未涂覆区，在正极片和负极片之间放置隔膜，然后卷绕成卷芯；
4)卷芯装入包装壳中，封装、烘烤、注入电解液，得半成品电池；
5)将半成品电池进行化成，即得高硬度锂离子电池。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，热熔胶带设置在负极未涂覆区焊接有负极耳的一侧。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，卷绕之后，热熔胶带位于负极未涂覆区与隔膜之间，以及正极耳和负极耳之间。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，化成温度为70～90℃，化成压力为0.8-1.6MPa，化成步骤包括：以0.1～0.3C恒流充电2～4min，再以0.1～0.3C恒流充电9～12min，以0.8～1C恒流充电40～45min。
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